DE3841252C2 - Codiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Codiervorrichtungen und insbe­ sondere Vorrichtungen zum Schaffen oder Liefern von Signalausgängen, welche die Position eines Typen- oder Druckrades darstellen.

Druckrad-Codiervorrichtungen sind bekannt und beispiels­ weise in den US-PSen 3 978 457 und 4 313 105 beschrieben in Verbindung mit Druckrädern von Freistemplern. Als Folge der großen Sicherheitsanforderungen in Vorrichtun­ gen wie Freistemplern, die tatsächlich Geldwerte drucken, sind viele der bekannten Codiervorrichtungen, welche Schleifer bzw. Schleifkontakte aufweisen, die mechani­ schen Schaltkontakt schaffen, gewöhnlich nicht ausrei­ chend unempfindlich, um die Anzahl von Kreisläufen zu erreichen, die für einen Freistempler angenommen wird. Zusätzlich wirkt auch die Umgebung von Postfreistemplern, in der Papierstaub, bei den Umschlägen verwendeter Kleb­ stoff und Wasser enthalten sind, gegen solche mechani­ schen Vorrichtungen wegen der Kosten bzw. des Aufwandes für den erforderlichen Schutz gegen Umgebungsfaktoren.

Um diesen Aspekt der Umgebungsprobleme zu vermeiden und längere Lebensdauererwartung zu erzielen, sind optische Codiervorrichtungen in Freistemplern auf verschiedene Weise verwendet worden. Während optische Codiervorrich­ tungen gut arbeiten, gibt es viele Fälle, in denen die Anforderungen für das Codieren vergrößertes Volumen der Einstellmechanismen für die Druckräder umfassen, einfach weil ein Extraraum erforderlich ist, um die Codiervor­ richtung und die Codierscheibe aufzunehmen.

In Postfreistemplern sind auch Hall-Effekt-Sensoren ver­ wendet worden. Magnete sind an der Einstellzahnstange, dem Einstellrahmen oder dergleichen angebracht worden, und die magnetische Position wurde festgestellt, um die Bestimmung der Position der Zahnstange zu unter­ stützen, welche ein Druckrad antreibt, wie es in der US-PS 4 398 458 offenbart ist. Magnetorestriktive Sensoren sind in der US-PS 4 224 603 offenbart. In der zuletzt genannten Patentschrift ist eine Vorrichtung offenbart, die es erfordert, daß die Drucktrommel und ihre Zahnstangen sich in Bewegung befinden, um die Ein­ stellung der Druckräder zu bestimmen.

Hall-Effekt-Sensoren sind auch verwendet worden, um positionsabhängige Impulse für Synchronisation zu er­ zeugen. Eine solche Anwendung ist in der US-PS 3 939 372 offenbart, in welcher ein flußleitender Nocken nahe zu dem Sensor gebracht wird, wenn eine Welle sich dreht, um von dem Sensor einen Signalimpuls zu erzeugen. In dieser Patentschrift ist auch ein spiralförmiger oder wendel­ förmiger Magnet vorgeschlagen, der in Verbindung mit der Hall-Effekt-Vorrichtung verwendet werden kann, um Posi­ tionsinformationen zu liefern.

Bei vielen Einstellanwendungen und insbesondere bei Me­ chanismen zum Einstellen der Druckräder in einem Post­ freistempler besteht die Notwendigkeit, das Codieren in einem kleinen Raum vorzunehmen und vorzugsweise mit sehr viel geringeren Kosten, als sie sich bei Verwendung gegenwärtiger optischer Codiervorrichtungen ergeben.

Die US 3,112,464 beschreibt eine Vorrichtung, mittels derer eine Winkelposition unter Verwendung des Hall-Effektes in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Ein Rotor ist nockenförmig ausgebildet, so daß der Radius einer spiralförmigen peripheren Oberfläche des Rotors sich allmählich im Uhrzeigersinn erhöht. Dieser Rotor ist auf einem Schaft befestigt, der in einem Gehäuse angebracht ist. Außerhalb des Rotors, auf der Innenseite des Gehäuses ist ein Hall-Sensor befestigt. Bei der Drehung des Rotors kann mit Hilfe des Hall-Sensors und mit Hilfe des Magnets, der zu dem Hall-Sensor einen variablen Spalt bildet, die Winkelposition des Schaftes bestimmt werden.

Auch diese Vorrichtung ist jedoch nicht für eine Kodiervorrichtung auf kleinem Raum geeignet, insbesondere da Teile der Vorrichtung am Gehäuse befestigt werden müssen, und somit eine Unterbringung, beispielsweise in Druckrädern in einem Postfreistempler, unmöglich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kodiervorrichtung zu schaffen, mittels derer ein Kodieren auf robuste Weise in einem kleinen Raum durchgeführt werden kann. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine auf robuste Weise eine absolute Position kodierende Vorrichtung, insbesondere für Druckräder, zu schaffen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 11 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist ein Hall-Effekt-Sensor in einer Vertiefung eines Schaftes angebracht, und ein Magnet ist ebenfalls in der Vertiefung angebracht, und zwar entgegengesetzt oder gegenüberliegend zu dem Sensor, so daß der Fluß von dem Magneten durch den Sensor gerichtet wird, um einen Signalausgang zu liefern. Die Größe des Ausgangssignals entspricht der Stärke des Magnetflusses durch den Sensor oder Fühler. Ein auf dem Schaft drehbar angebrachtes Rad weist einen Ring auf, z. B. ein den Magnetfluß konzentrierendes Material, wie beispielsweise milder Stahl oder schweißbarer Stahl. Das Rad weist eine Fläche sich ändernder Erstreckung auf, um dadurch einen Spalt zwischen dem Ring und dem Fühler zu schaffen, das sich mit der Winkelposition des Rades ändert. Der Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers ändert sich in Entsprechung zu der Abmessung des Spaltes, so daß, wenn die Position des zweiten Bauteiles sich relativ zu dem ersten Bauteil ändert, der Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers sich in Entsprechung dazu ändert, um eine Anzeige der Position des zweiten Bauteiles sich relativ zu dem ersten Bauteil ändert, der Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers sich in Entsprechung dazu ändert, um eine Anzeige der Position des zweiten Bauteiles relativ zu dem ersten Bauteil zu geben.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Codiervorrich­ tung ist ein Postfreistempler-Druckrad an einem Nicht­ eisenschaft angebracht, der einen Magneten aufweist, welcher in einem Schlitz des Schaftes angebracht ist. Das Druckrad umfaßt magnetflußleitendes Material, dessen innere Konfiguration um den Schaft eine Spirale bildet. Eine Hall-Effekt-Vorrichtung ist an dem Schaft zwischen dem Magneten und dem magnetflußleitenden Material ange­ bracht. Die Hall-Effekt-Vorrichtung liefert in Verbin­ dung mit dem Weg variablen magnetischen Widerstandes, der durch die Spiralfläche des magnetflußleitenden Materials geschaffen ist, wenn der Abstand zwischen dem Magneten und dem magnetflußleitenden Material sich ändert, ein Ausgangssignal, welches sich mit der Winkel­ position des Druckrades ändert.

Der Ausgang der Hall-Effekt-Vorrichtung wird einem A/D-Wandler zugeführt, dessen digitaler Ausgang dann zu einem Microcomputer geliefert wird, um diesem Infor­ mationen zu liefern, welche die Druckradposition be­ stimmen. Der Ausgang einer Mehrzahl von Codiervorrich­ tungen kann vielfach verwendet bzw. multiplext werden für Lieferung an den A/D-Wandler, wenn dies gewünscht wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine andere Hall- Effekt-Vorrichtung an dem Schaft angebracht auf der von dem Magneten gegenüberliegenden Seite für den Zweck, den Rückkehrfluß zu melden. Der Ausgang dieses zweiten Hall- Effekt-Fühlers kann dazu verwendet werden, den Ausgang der ersten Hall-Effekt-Vorrichtung zu ergänzen, um größere Genauigkeit zu schaffen, wenn dies für die größten Spalt­ breiten erforderlich ist. Eine Summe der beiden Werte liefert auch eine Information über das Gesamtmagnetfeld. Eine unannehmbare Änderung des Gesamtflusses würde die Neigung zu Verfälschungen anzeigen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Post­ freistemplers, der eine Codiervorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des Codiersystems gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Druckrades mit einer Codierausführung gemäß der Erfindung.

Fig. 4 ist eine schematische Stirnansicht des Verhält­ nisses zwischen dem Magneten, dem Fühler und einem Konzentrator.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht des magnetflußleitenden Ringes.

Fig. 6 ist eine Tabelle der Radien der Spiralfläche und der zugehörigen Winkel des Druckrades.

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung der Ausgangs­ spannung über der Position einer Hall-Effekt- Codiervorrichtung einer Ausführung, die ähnlich der Ausführung des Druckrades gemäß Fig. 3 ist.

Fig. 8 ist ein Fließdiagramm für die Bestimmung von Werten für absolutes Codieren des Druckrades.

Fig. 9 ist ein Fließdiagramm der Routine zum Verwenden der Codierwerte beim Einstellen von Postfrei­ stempler-Druckrädern.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform eines Druckrades und eines Schaftes unter Verwendung eines zusätz­ lichen Hall-Effekt-Fühlers für Kompensation.

Fig. 11 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Codiervorrichtung für ein Druckrad.

Fig. 12 ist ein Fließdiagramm einer Routine für Codieren unter Verwendung der Ausführungsform gemäß Fig. 11.

Fig. 13 ist eine schaubildliche Ansicht eines Druckrad­ gebildes umfassend eine Codierausführung gemäß der Erfindung.

Fig. 14 ist eine auseinandergezogene schaubildliche An­ sicht, in welcher der Druckradschaft und die Hall-Effekt-Vorrichtungen gemäß Fig. 12 weiter erläutert sind.

Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht des Druckradgebil­ des, gesehen von der Seite.

Fig. 16 ist eine Draufsicht einer biegsamen PC-Tafel (Impulsstromtafel) zum Anbringen der Hall-Effekt- Fühler in dem biegsamen Fühlergebilde.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines elektronischen Post­ freistemplers, der eine Codiervorrichtung gemäß der Er­ findung aufweist. Typische Postfreistemplersysteme, in denen eine Codiervorrichtung gemäß der Erfindung verwen­ det werden kann, sind beispielsweise in der US-PS 3 978 457 und in der US-PS 4 301 507 offenbart, auf die hiermit Bezug genommen wird.

In Fig. 1 ist ein elektronischer Postfreistempler darge­ stellt, der unter der Steuerung einer zentralen Verarbei­ tungseinheit arbeitet, die nachstehend als CPU bezeichnet wird. Die CPU empfängt Eingangsdaten betreffend die zu druckende Frankierung u. dgl. von einer Eingangstastatur I oder von einer peripheren Vorrichtung, wie es in der US-PS 4 301 507 beschrieben ist. Wie in Fig. 1 darge­ stellt, können die Eingangsdaten an einem Multiplexer MP empfangen werden, der zweckmäßig auch dazu dient, Aus­ gangsdaten an eine Ausgangsanzeigevorrichtung zu liefern, die mit "O" bezeichnet ist.

Die CPU führt Berechnungen an den Eingangsdaten aus und schafft eine Steuerung des Betriebes des Freistemplers, bestimmt durch ein Computerprogramm, welches in einem Permanentspeicher PM enthalten ist. Abrechnungsdaten werden zu einem nichtflüchtigen Speicher übertragen, und zwar entweder auf der Basis Transaktion für Trans­ aktion, wie es beispielsweise in der US-PS 4 484 307 be­ schrieben ist, oder nach Berechnungen, die in einem temporären Speicher TM ausgeführt worden sind, wonach die Übertragung zudem nichtflüchtigen Speicher erfolgt, wiederum entweder auf der Basis Transaktion für Trans­ aktion oder am Ende einer besonderen Partie oder eines besonderen Bündels von Operationen oder am Ende eines Durchlaufes bei Energieabschaltung, wie es in der US-PS 3 978 457 beschrieben ist.

Die CPU liefert in Übereinstimmung mit ihr zugelieferten Eingangsdaten und unter der Steuerung des Programmes In­ formationen für das Einstellen von Druckrädern über einen Einstellmechanismus SP an den Frankierungsdrucker PP. Die Position jeder Bank von Druckrädern wird von einer Co­ diervorrichtung überwacht, um Daten an die CPU zu liefern, um zu gewährleisten, daß die Druckräder entsprechend der erwarteten Einstellung positioniert sind, die gemäß der Erfindung durch den Einstellmechanismus SP geliefert wird. Codierinformationen werden an die CPU geliefert für den Vergleich mit der erwarteten Einstellung.

Während die vorliegende Erfindung mit einen Wert drucken­ den Druckrädern dargestellt ist, ist zu verstehen, daß die Codiervorrichtung der hier beschriebenen Ausführungs­ form auch in Verbindung mit anderen Druckrädern verwendet werden kann, beispielsweise mit solchen, die dazu verwen­ det werden, Daten oder Identifizierungsnummern od. dgl. zu drucken. Es ist auch zu verstehen, daß die Erfindung, wie sie bei den gegenwärtigen Ausführungsformen darge­ stellt und beschrieben ist für Winkeldrehung, auch für lineare relative Bewegung anwendbar ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Codiervorrichtung ge­ mäß der Erfindung. Lineare Hall-Effekt-Vorrichtungen 20, die Druckrädern (in unterbrochenen Linien dargestellt) gegenüberliegend angebracht sind, liefern, wie nach­ stehend beschrieben, betreffende Ausgänge entsprechend der Position jedes der Druckräder zu einer Multiplex­ einrichtung 22, die mit einem A/D-Wandler 24 in Verbindung steht, für den Ausgang von digitalen Positionssignalen für die CPU, welche die tatsächliche Position der Druck­ räder in der Druckeinrichtung PP gemäß Fig. 1 darstel­ len.

Eine geeignete analoge Multiplexeinrichtung ist verfügbar von der Firma National Semiconductor unter der Bezeich­ nung CD4053. Ein geeigneter A/D-Wandler zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist verfügbar von der Firma Analog Devices unter der Nummer AD7574.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines Druckrades, welches eine Codiervorrichtung gemäß der Erfindung aufweist. Das Druckrad 30 besitzt eine Mehrzahl von Druckelementen, von denen eines bei 32 dargestellt ist und die zweck­ mäßig aus Kautschuk bestehen sowie regelmäßig angeordnet und mit Vorsprüngen verbunden sind, die rund um den Umfang des Druckrades 30 vorgesehen sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind elf Elemente 32 vorhanden, es ist jedoch zu verstehen, daß, falls es gewünscht wird, weni­ ger oder mehr Vorsprünge vorhanden sein können bis zu der Grenze, die durch die Größe der Druckelemente gegeben ist.

Das Druckrad 30 ist an einem Schaft 34 drehbar angebracht. Der Schaft 34 muß aus Nichteisenmaterial hergestellt sein, welches gewählt werden kann zwischen Aluminium, Messing, Kunststoff oder anderen nichtmagnetischen Materialien, die in der Technik bekannt sind. Ein Magnet 36 ist in einem Schlitz 38 des Schaftes 34 gehalten. Ein Hall- Effekt-Linearfühler 40, zweckmäßig eine Hall-Effekt- Vorrichtung Nr. XL3505 der Firma Sprague, ist über dem Schlitz 38 oberhalb des Magneten 36 befestigt. Geeignete Magnete sind von der Firma Indiana General verfügbar.

Innerhalb des Umfanges des Druckrades 30 ist, wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, ein Ring 42 aus magnet­ flußleitendem Material, vorzugsweise aus mildem oder schweißbarem Stahl, vorgesehen. Die Innenfläche des Rin­ ges 42 ragt nach innen in Spiralkonfiguration oder in Gestalt einer Spiralschnecke 44 mit zunehmendem Abstand von dem Umfang des Schaftes 34 mit einer Rückkehrstufe zu der am nächsten liegenden Stelle, wie es bei 46 dar­ gestellt ist. Es ist zu bemerken, daß die Vorsprünge für die Druckelemente 32 über den Ring 42 geformt wer­ den können, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Vor­ sprünge können jedoch auch als Teil des Ringes 42 herge­ stellt werden. Eine innere Lagerfläche 48 aus geformtem Kunststoff vervollständigt das Druckrad 30. Druckräder sind auch in Fig. 13 in schaubildlicher Ansicht darge­ stellt.

Fig. 4 zeigt in schematischer Form das Verhältnis zwi­ schen dem Magneten 36, dem Hall-Effekt-Fühler 40 und der magnetflußleitenden Spirale oder Schnecke, die auch als Konzentrator 44 bezeichnet werden kann. Es ist zu verstehen, daß die bei 50 dargestellte Spaltabmessung zwischen der Spiralfläche des magnetflußkonzentrieren­ den Materials 44 und dem Hall-Effekt-Fühler 40 von der Winkelposition des Druckrades 30 mit Bezug auf den Hall-Effekt-Fühler 40 abhängt. Da der Ausgang des linearen Hall-Effekt-Fühlers 40 von der Abmessung des Spaltes zwischen dem magnetflußkonzentrierenden Material und dem Fühler 40 abhängt, entspricht der Ausgang des Fühlers 40 auch der tatsächlichen Spaltbreite zwischen dem magnetflußkonzentrierenden Material direkt gegenüber dem Fühler 40 und dem Hall-Effekt-Fühler 40. Auf diese Weise befindet sich die tatsächliche Größe des Ausganges relativ zum niedrigsten oder höchsten Ausgang in be­ stimmbarer Entsprechung zur Winkelposition des Druck­ rades 30 mit Bezug auf den Hall-Effekt-Fühler 40.

Wie in Fig. 4 dargestellt, hat der Querschnitt der Spiral­ schnecke T-Gestalt. Für einzelnde Räder ist die Breite der Spiralschnecke 44 weniger bedeutend als für Gebilde aus eng nebeneinander angeordneten Rädern, bei denen die Möglichkeit einer Querkopplung des magnetischen Flusses zwischen den Spiralschnecken besteht. Es ist jedoch zu bemerken, daß es eine minimale Materialmenge gibt, die erforderlich ist, um zweckentsprechende Magnetflußkonzen­ tration zu schaffen. Es ist gefunden worden, daß die optimale Dicke für den Schneckenteil etwa 0,762 mm (0,030 Zoll) für eine Konfiguration beträgt, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist. Es ist zu verstehen, daß mit zunehmender Trennung zwischen benachbarten Druckrädern die Dicke des Schneckenteiles zunehmen kann.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Konfiguration für die Schneckenfläche 44. Während eine Kreisspirale oder andere sich ändernde Flächen verwendet werden können, wird es bevorzugt, daß die Fläche als eine hyperbolische Spirale gestaltet ist, um den Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers 40 zu linearisieren. Für beste Ergebnisse ist die Stufe zwi­ schen dem hohen und dem niedrigen Punkt hinterschnitten, wie es bei 52 dargestellt ist, um einen scharfen Übergang zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers 40 zu schaffen. Fig. 6 ist eine Tabelle, in welcher der Radius der Spiralfläche für jeden Winkelschritt des Druckrades 30 dargestellt ist.

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung der Ausgangsspan­ nung mit Bezug auf die Position, gemessen in einer Test­ anordnung. Die erforderliche Auflösung im A/D-Wandler zum Bestimmen der tatsächlichen Position des Druckrades hängt lediglich von der erforderlichen Genauigkeit ab. Für den Fall von Druckrädern, die bestimmte diskrete Winkelpositionseinstellungen haben, besteht das einzige Erfordernis darin, daß das Druckrad sich innerhalb eines gewissen Bereiches von Ausgangswerten befindet, und die erforderliche Auflösung für absolutes Codieren ist rela­ tiv gering.

Es ist weiterhin zu bemerken, daß die Stufe zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Ausgang bei Drehung des Druckrades eine deutliche Anzeige für die Ausgangsstel­ lung liefert. Alle Werte können dann mit Bezug auf den Ausgang an dieser Übergangsstelle gemessen werden, um den Bereichsausgang bei jeder Druckradeinstellung zu be­ stimmen.

Fig. 8 zeigt eine Routine zum Eingeben gemessener Werte des Ausganges des A/D-Wandlers entsprechend den Positions­ schritten des Druckrades in einen nichtflüchtigen Speicher. Der Übergang von HOCH zu NIEDRIG wird festge­ stellt, und die erste Position danach wird als der Aus­ gang der Position 1 gemessen. Der Ausgang wird abgelesen, und der Wert wird in dem nichtflüchtigen Speicher ge­ speichert. Das Druckrad wird um einen Schritt bewegt, und der neue Wert wird abgelesen und gespeichert, bis alle Werte abgelesen und gespeichert sind.

Es ist zu bemerken, daß die auf diese Weise durchgeführ­ ten und gespeicherten Messungen jedwede Notwendigkeit für Genauigkeitstoleranzen in der Konstruktion des Druck­ rades und der Codiervorrichtung beseitigen. Die Druckrad­ struktur wird hergestellt und an dem Schaft 34 ange­ bracht, wonach die anfänglichen Messungen durchgeführt und die erhaltenen Werte gespeichert werden. Danach wird der Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers 40 mit den gespei­ cherten Werten verglichen, woraus die absolute Position des Druckrades 30 bestimmt wird.

Fig. 9 zeigt eine Routine für das Betreiben der Codier­ vorrichtung, beispielsweise beim Einstellen von Druck­ rädern für Postfrankierungswerte. Unter der Steuerung der CPU werden die Druckräder in eine neue gewünschte Position bewegt. Der Ausgang des A/D-Wandlers entsprechend dem analogen Ausgangssignals des Druckrad-Hall-Effekt- Fühlers wird abgelesen und mit den bekannten Werten ver­ glichen, die in dem nichtflüchtigen (non-volatile) Spei­ cher gespeichert sind. Wenn keine Übereinstimmung be­ steht, wird ein Fehler signalisiert. Wenn Übereinstimmung besteht, wird die besondere Position angezeigt und die CPU kehrt in einen Zustand zurück, um das nächste Druck­ rad anzutreiben, oder sie kehrt zum Hauptprogramm zurück.

Von kontinuierlicher Bedeutung in analogen Vorrichtungen ist die Änderung des analogen Ausganges über die Zeit oder bei Änderungen der Konfiguration. Bei der vorlie­ genden Ausführungsform ist zu bemerken, daß die Messung des Ausgangssignals des Hall-Effekt-Fühlers über die Winkelposition des Druckrades, die anfänglich gemessen worden ist, um den Bereich des Ausganges bei jeder Ein­ stellung zu erhalten, und die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist, dauernd verfügbar ist für Vergleich zu vorbestimmten Zeitpunkten oder dann, wenn es gewünscht wird, und zwar während Service-Überprüfungen, um zu bestimmen, ob eine Korrektur erforderlich ist.

Der Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers kann direkt an den A/D-Wandler geliefert werden, wenn nur ein einziger Aus­ gang erforderlich ist, jedoch wird vorzugsweise, wenn mehrere Druckräder zu kodieren sind, der Ausgang von allen zusätzlichen Fühlern multiplext über die Multi­ plexeinrichtung 22, die in Fig. 2 dargestellt ist, so daß der Ausgang jedes Hall-Effekt-Fühlers für jedes Druckrad dem A/D-Wandler zugeführt wird, um digitale Positionsinformationen für jedes Druckrad an die CPU zu liefern.

Es ist zu bemerken, daß bei der Schaffung der Codier­ vorrichtung gemäß der Erfindung die Spiralschnecken­ fläche nicht darauf beschränkt ist, so angeordnet zu werden, wie es dargestellt ist, d. h. an der Innenfläche des Ringes 42 in dem Druckrad 30. Die Hall-Effekt-Vor­ richtung und der Magnet könnten auch außerhalb der Grenzen des Druckrades angeordnet werden, so daß der Magnet sich auf der Außenseite befindet und die Schnecke der äußere Umfang des Ringes ist, der um den Schaft gegenüber dem Magnet angeordnet ist. Es ist auch zu be­ merken, daß der Magnet und der Hall-Effekt-Fühler recht­ winklig zu dem Druckrad angeordnet werden könnten, und daß das magnetflußleitende Material derart angeordnet werden könnte, daß die Spiralfläche und daher die Spalt­ abmessung sich erhöht parallel zu der Achse und nicht rechtwinklig zu der Achse, wie es bei der dargestellten Ausführungsform der Fall ist.

Es ist jedoch weiter zu bemerken, daß die dargestellte Ausführungsform die kompakteste Ausführung der oben angegebenen verschiedenen Ausführungen ist. Sie hat weiterhin den Vorteil, daß irgendwelche Streumagnet­ felder durch das Material der Schnecke, welches milder oder schweißbarer Stahl ist, wirksam abgeblockt werden, so daß irgendwelche äußeren Umgebungsstreumagnetfelder daran gehindert werden, den Druckradeinstellanzeiger nachteilig zu beeinflussen, oder daß irgendwelche Be­ strebungen unterbunden werden, die Sicherheit des Frei­ stemplers aufzuheben, indem verhindert ist, daß richtige Werte am Hall-Effekt-Fühler abgelesen werden.

Es ist auch zu bemerken, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Kreisanordnung beschränkt ist, und daß irgendwelche zwei Teile, die relative Verschiebungen haben, durch die Anordnung des magnetflußkonzentrieren­ den Materials derart, daß durch Verschiebung der Teile der Spalt zwischen dem Magnetflußkonzentrator und dem Hall-Effekt- Fühler vergrößert oder verkleinert wird, codiert werden können.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform einer Druck­ rad-Codiervorrichtung gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine weitere Hall-Effekt-Vorrichtung 54 am Umfang des Schaftes 34, der Hall-Effekt-Vorrich­ tung 40 gegenüberliegend angeordnet, um den Rückkehrfluß zu dem Magneten 36 zu messen.

Das von diesem Hall-Effekt-Fühler 54 verfügbare Ausgangs­ signal ändert sich in bezug auf den Abstand zwischen ihr und der Schnecke 44 in der gleichen Weise wie der sich ändernde Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers 40. Die Stufen­ änderungen des Magnetflusses haben das Bestreben, sich zu verringern, wenn der Spalt zwischen der Schnecke 44 und dem Hall-Effekt-Fühler 40 sich vergrößert. Die Ände­ rungen des Magnetflusses an der Hall-Effekt-Vorrichtung 54 liefert auch meßbare Änderungen des Rückkehrflusses, die dazu verwendet werden können, das Signal von dem Hall-Effekt-Fühler 40 zu verstärken. Dieses zusätzliche Signal kann, wenn es mit den gespeicherten Werten ver­ glichen wird, dazu verwendet werden, die Genauigkeit der Ablesung zu gewährleisten.

Es ist zu bemerken, daß der Gesamtfluß durch die beiden Fühler 40, 54 gewöhnlich konstant bleibt. Wenn demgemäß aus irgendeinem Grunde der Wert der Summe der Ausgänge der beiden Signale sich von einer zuvor bestimmten Summe ändert, ist eine Anzeige für Falscharbeiten bzw. Fehler­ haftigkeit geliefert.

Fig. 11 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Druckrades. Die Ausführung des Druckrades ist die glei­ che, wie sie zuvor beschrieben worden ist, mit der Aus­ nahme, daß anstelle der in Fig. 3 dargestellten konti­ nuierlichen Spirale eine Mehrzahl von Zähnen aus mildem bzw. schweißfähigem Stahl jeweils an jeder Druckradstufe angeordnet ist, von denen einer bei 56 dargestellt ist, wobei jeder Zahn 56 eine Tiefe hat, die vorzugsweise der Spiralfläche gemäß Fig. 3 entspricht, und zwar ein­ wärts von dem Ring 58. Es ist zu verstehen, daß, wenn die Schlitze über dem Hall-Effekt-Fühler 40 angeordnet sind, der Ausgang des Fühlers 40 niedrig wird. Die Schlitze zwischen den Zähnen 56 dienen demgemäß dazu, zu gewährleisten, daß das Druckrad den exakten Positions­ schritt erreicht hat, wenn es den maximalen Wert für den besonderen Positionsschritt erreicht, da der Ausgang zwi­ schen benachbarten Zähnen auf ein Minimum fällt.

Weiterhin kann bei kontinuierlicher Überwachung des Aus­ ganges der Hall-Effekt-Vorrichtung redundante Positions­ information erhalten werden durch Zählung der Anzahl von Schlitzen, die während der Bewegung des Druckrades aus der anfänglichen Position zu der neuen Position über­ strichen worden sind. Fig. 12 zeigt eine Routine bei der Verwendung zur Codierung des Druckrades gemäß Fig. 11.

In den Fig. 13 und 14 sind schaubildliche Ansichten eines Druckradgebildes dargestellt, umfassend eine Codierausführung gemäß der Erfindung. Der Schaft 34, der durch Spritzformung mittels Kunststoff gebildet wer­ den kann oder aus Aluminium oder Messing durch Bearbei­ tung hergestellt werden kann, wie es zuvor in Verbindung mit Fig. 3 angegeben ist, besitzt einen sich in Längs­ richtung erstreckenden Schlitz 38, in den ein Permanent­ magnetstreifen 36 eingesetzt und in diesem befestigt ist.

Eine biegsame Hall-Effekt-Fühlereinrichtung 60 umfaßt beabstandete lineare Hall-Effekt-Fühler 40a bis 40f, beispielsweise zuvor genannte, von der Firma Sprague hergestellte Fühler, die durch Goldschweißung mit Lei­ tern 62 an einer sogenannten biegsamen Stromkreistafel 64 befestigt sind, die in Fig. 16 dargestellt ist und vorzugsweise in einem Bandconnector 68 endet. Für beste Ergebnisse wird der Schaft 34 eingekapselt, um die Hall-Effekt-Fühler zu schützen und festzulegen, und um eine kontinuierliche Lagerfläche für zusammengebaute Druckräder zu schaffen. Es ist zu bemerken, daß, wenn spritzgeformte Kunststoffe verwendet werden, die Fühler­ einrichtung 60 und der Magnet 36 einfach in den den Schaft 34 bildenden spritzgeformten Kunststoff einge­ bettet werden können. Im Falle eines Schaftes 34, der bearbeitet oder zuvor geformt worden ist, kann die ge­ samte Einheit eingekapselt werden unter Verwendung üb­ licher Epoxy-Einkapselungsmaterialien.

Einzelne Druckräder der in Verbindung mit den Fig. 3, 5, 10 und 11 beschriebenen Arten werden geformt derart, daß sie eine Lagerfläche für Drehung rund um den Schaft 34 aufweisen. Die einzelnen Druckräder 30a, 30b, 30c, 30d, 30e und 30f sind für Drehung an dem Schaft 34 angebracht. Vorzugsweise sind die Räder ein­ fach nebeneinander angeordnet und in einer Stellung gehalten, in der sie dem entsprechenden Hall-Effekt- Fühler gegenüberliegen, und zwar zweckmäßigerweise durch einen Flansch beispielsweise an einem Ende (nicht dargestellt) und einen Klemmhalter (nicht dar­ gestellt) am anderen Ende.

Die einzelnen Druckräder können durch einen Picker­ mechanismus oder einen Treibermechanismus angetrieben werden, wie er in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 136 084 vom 21. Dezember 1987 beschrieben ist. Andere geeignete Mechanismen zum Antreiben der Druckräder umfassen die Verwendung von Zahnrädern, die an den Druckrädern befestigt sind und durch Zahnstangen ange­ trieben werden, oder Getriebezüge, wie sie bekannt sind.

Es ist weiterhin zu verstehen, daß jedes Druckrad einzeln für Drehung um seinen eigenen entsprechenden Schaft ange­ ordnet werden kann, und daß der Hall-Effekt-Fühler einzeln angebracht werden kann, falls dies gewünscht wird.

Fig. 15 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Druck­ radgebildes. Es ist zu bemerken, daß bei dieser Ansicht Ringe 42a bis 42f, wenn sie eng nebeneinander angeordnet sind, einen nahezu kontinuierlichen magnetflußleitenden Mantel rund um den Schaft bilden. Der Vorteil dieser Aus­ führung besteht darin, daß die Hall-Effekt-Vorrichtungen gegenüber äußeren Magnetfeldern geschützt sind, die von dem Mantel absorbiert werden und daher zu dem Magnetfluß durch den Fühler nicht beitragen können.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Codieren der Position eines Rades mit

• a) einem Hall-Effekt-Fühler (40), der in einer Vertiefung eines Schaftes (34) befestigt ist,
• b) eine Magneteinrichtung (36), die in der Vertiefung des Schaftes nahe dem Hall-Effekt-Fühler befestigt ist, um einen durch den Fühler verlaufenden Magnetfluß zu schaffen,
• c) ein auf dem Schaft drehbar angebrachtes Rad (30) für eine Drehung mit Bezug auf den Fühler,
• d) einen magnetflußleitenden Ring (42), der an dem Rad angeordnet ist und den Schaft umgibt und eine Fläche sich ändernder Erstreckung hat, um dadurch einen Spalt zwischen dem magnetflußleitenden Ring und dem Fühler zu schaffen, der sich mit der Winkelposition des Rades ändert, wobei
• e) der Fühler einen Ausgang entsprechend der Abmessung des Spaltes liefert, wodurch ein bestimmter Ausgang den Winkelpositionen des Rades zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (42) sich derart nach innen erstreckt, daß eine Spiralfläche (44) gebildet wird, die einen Stufenübergang (46) von der höchsten zur niedrigsten Stelle hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfläche (44) eine hyperbolische Spiralfläche ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenübergang an der Spiralfläche (44) eine hinterschnittene Stufe (52) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ringes (42) T-förmig ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler, der angeschlossen ist, um das Ausgangssignal vom Hall-Effekt-Fühler (40) zu empfangen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mit dem A/D-Wandler verbundene Einrichtung zum Speichern von digitalen Informationen, welche den Ausgang des Hall-Effekt-Fühlers (40) bei vorbestimmten Winkelpositionen des Rades (30) darstellen.

8. Vorrichtung zum Codieren der Position eines Rades nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch daß, ein zweiter Hall-Effekt-Fühler (54) an den Schaft diametral gegenüber dem ersten Fühler befestigt ist und die Fühler jeweils einen Ausgang entsprechend der Abmessung des Spaltes liefern, wodurch ein bestimmter Ausgang jedes Fühlers den Winkelpositionen des Rades zugeordnet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Liefern von digitalen Informationen entsprechend dem Ausgang des Fühlers bei jeder Radeinstellung, und eine Einrichtung zum Speichern des jeder Radeinstellung zugeordneten Ausgangswertes für Vergleich und spätere Bestimmung einer besonderen Radeinstellung in Übereinstimmung mit dem Vergleich mit den zuvor gespeicherten Werten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad an ihm gebildete Druckelemente (32) aufweist.

11. Verfahren zum absoluten Codieren der Winkelposition eines Rades, gekennzeichnet durch die nachstehend angegebenen Schritte:

• a) ein Hall-Effekt-Fühler wird an einem Schaft gegenüberliegend zu einer Magneteinrichtung angebracht, die an dem Schaft angeordnet ist,
• b) ein magnetflußleitender Ring wird an einem Rad für Drehung mit dem Rad vorgesehen, wobei der magnetflußleitende Ring eine Spiralfläche hat, die sich in Richtung gegen den Fühler erstreckt und einen sich ändernden Spalt bildet, dessen Abmessung von der Winkelposition des Rades abhängt,
• c) der Wert des Ausganges an einer Mehrzahl von vorbestimmten Winkelpositionen des Rades wird gemessen und gespeichert,
• d) das Rad wird danach in eine einer Mehrzahl von vorbestimmten Winkelpositionen eingestellt,
• e) der Ausgang des Fühlers an dieser einen der vorbestimmten Winkelpositionen wird gemessen, und
• f) der Wert des Ausganges des Fühlers wird mit den zuvor gespeicherten Werten verglichen, um die besondere der vorbestimmten Winkelposition zu bestimmen, in welche das Rad eingestellt worden ist.